机电一体化设计在实践中的应用

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【摘要】机电一体化的设计是一个自上而下的过程，为了实现机电系统的合理集成，就必须保证系统功能和性能指标在子系统中是合理分配的。本文以机电一体化的技术发展为背景，对其在实践中的设计进行了分析，首先分析了机电一体化产品的特点，重点研究了设计中的关键技术，最后给出了实际的设计方法，以期给相关人员参考。

【关键词】机电一体化;产品;设计方法

引言

机电一体化的概念起始于上世纪70年代，发展到今天已经有40多年的历史了，其技术也在不断的发展和丰富。尤其是近年来，科学技术日新月异，人们对于机电一体化的设计有了更高的要求，要求柔性设计，工作可靠，性能好等。传感技术、网络技术、控制技术等为机电一体化的发展提供了技术支出，各种技术交叉运用于机电一体化中，使其成为了一门新型的学科技术，涉及到：机械设计、机械制造、信息处理、伺服和接口技术等等。

1 机电一体化产品特点

分析机电一体化产品的特点，主要有以下几点：

(1)机械系统。在机电一体化中，机械系统的组成包括：机身、框架、机械传动以及联接等。它是产品功能实现的基础，因此对机械结构具有较高的要求;其结构、材料以及工艺加工等都必须满足产品高效、可靠、节能等的要求。

(2)动力系统。该系统的主要功能是提供能量和功能给机电一体化产品，驱动相应的执行机构工作，从而完成主功能。动力系统的动力源包括：电动力源、液动力源以及气动力源等。

(3)传感与检测系统。在该系统中，传感器的主要作用是将外部或自身的参数转换为能够进行测定的物理量，通过相应的检测系统，实现对这些物理量的测定，从而提供各类信息给机电一体化产品。通常情况下，传感器和检测系统的主要功能是由测量仪器来实现的，要求其具有体积小、安装方便、具有较高检测精度等特点。

(4)信息处理及控制系统。该系统主要用于接收传感和检测系统所反馈的信息;同时对这些信息进行处理、运算以及决策等，最终实现控制功能。信息处理和控制系统的组成主要包括：计算机软件、计算机硬件以及接口等。

(5)执行机构。在控制信息的作用下，执行机构可以完成相应的动作，从而实现主功能。执行机构中的运动部件通常采用的是机械、电液以及气动等机构。在实现产品饿目的功能中，执行机构是最直接的执行者，它是最为重要的组成部分。

2 机电一体化设计概述

从现代设计方法的角度入手分析机电一体化设计，所谓设计，它是指一个信息系统，将需求设计为输入，设计结果则为输出;在工程设计中，根据相关的科学技术原理，内存能够创造性的将人们的需求转为具有相应功能的具体产品;并且，还提出了具体的实现方案。从系统工程的角度来看，设计属于一个三位系统，由：时间、逻辑以及方法组成，图1给出了三维系统图示。其中，时间维描述的是设计目标流程，它是按照时间进行排列的;逻辑维是指相应的逻辑步骤，它主用于解决问题;在设计工作流程中，逻辑维需要在每一个阶段之内完成工作内容以及思维程序;最后是方法维，它主要是指在设计过程中，思维方法、工作方法及其相关的领域知识。

3 机电一体化设计方法

3.1 设计可行性研究

在机电一体化产品的可行性研究中，是通过实际的调查与研究，对市场需求进行分析，掌握最新信息，进行可行性论证，初步规划产品设计的基本方案，主要内容包括：投资总额的预测、各组成部件的价格预测、产品性能的价格预测以及经济评价等等。

3.2 基本设计

在基本设计阶段，首先需要提出相应的技术，其内容包括：硬件技术、软件技术等;前者又包括：产品的结构元件、产品的控制元件等;后者又包括：操作系统、控制系统等。在设计整个系统的过程中，尽可能的多给出几种方案，从中找到一种最优的方案。

3.3 详细设计

完成基本设计之后，需要进行详细的设计，在此过程中包括以下主要内容：业务分工、程序设计、工艺设计、操作系统设计、总体设计、外围设备设计、控制系统设计以及安全保护设计等。在设计开发性的产品过程中，要对产品的性能指标参数进行拟定，进行必要的计算，找到所用的设备，实现对机构设计和运行性能等的设计。

3.4 实际运行试验

最后是实际运行试验阶段，在此阶段中，主要的工作包括：检验产品的工作性能，进行产品性能的评价以及改进。进行产品工作性能检验的主要目的是测定生产周期以及生产率，分析故障，对故障的时间、原因等进行考察;改进的主要目的是进行产品问题的改进，提高产品的性能。对产品性能进行评价主要是从两个方面进行的：技术评价、经济评价。

总之，在进行机电一体化产品的设计中，要注意质量、成本、市场与可行性之间的关系，要把握好长期与短期发展之间的关系。

4 结语

作为一种复合技术，机电一体化的设计需要多个部门的相互配合和支持，共同设计才能得到较好的结果。在具体设计过程中，不仅需要深入了解机电一体化中各项技术，还应该重视系统工程的概念。本文以机电一体化的技术发展为背景，对其在实践中的设计进行了分析。在未来，应该注重技术融合和结合，共同实现机电一体化系统的发展。

参考文献：

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[3]陈周峰.基于微型计算机控制系统的机电作业模式[J].机电一体化，2011(12).

[4]赵松年.机电一体化系统设计[M].北京：机械工业出版社，2004.

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